工程热力学习题课

第一章根本概念1例1.判断题判断以下过程那些是A可逆的；B不可逆的；C可以是可逆的，并扼要说明不可逆的原因〔1〕对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发。〔2〕对刚性容器内的水做功，使其在恒温下蒸发。〔3〕对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50℃升温到100℃。解答：〔1〕可以是可逆过程，也可以是不可逆过程，取决于热源温度与水温度是否相等，假设两者不等，那么存在外部的传热不可逆因素，便是不可逆过程。〔2〕对刚性容器的水做功，只能是搅拌功，伴有摩擦扰动，因而有内不可逆因素，是不可逆过程。〔3〕可以是可逆的，也可以是不可逆的，取决于热源温度与空气温度是否随时相等或随时保持无限小的温差。3例2.填空题(1)能源按其有无加工、转换可分为

能源和

能源。一次二次〔2〕绝热系是与外界无交换的热力系。热量〔3〕孤立系是指系统与外界既无交换也无交换的热力系。能量质量〔4〕热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为(平衡状态还是稳定状态)平衡状态〔5〕实现可逆过程的条件是：。过程是准静态过程；过程中不存在好散效应〔6〕测得容器的表压力为75KPa，大气压力为0.098MPa，那么容器内的绝对压力为。173kPa〔7〕当地大气压为0.1MPa，一压力容器中被测工质的压力为50kPa，此时，该工质的测量应选用〔填真空计或压力表〕测压计。真空计4例3．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。例4.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递〔传热量〕，随物质进出的热能〔准确地说是热力学能〕不在其中。5例5．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来状态。可逆过程：如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化。例6．工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？不需要减去循环过程不需要考虑，注意循环。例7选择题〔1〕()过程是可逆过程A.可以从终态回复到初态的 B.没有摩擦的 C.没有摩擦的准平衡的 D.没有温差的〔2〕以下系统中与外界不发生能量交换的系统是〔〕A绝热系统B孤立系统C闭口系统DA+BCB例8判断题7〔1〕如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变；〔〕×〔2〕压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化。()×〔3〕可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。()√〔4〕由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可逆过程。〔〕×〔5〕气体膨胀时一定对外作功；〔〕×8第二章气体的热力性质9例1.气体的摩尔体积Vm是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol？气体的摩尔体积Vm不因气体的种类而异。所处状态发生变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准状态〔p=101325Pa，T=273.15K〕下摩尔体积是0.022414m3/mol。在其它状态下，摩尔体积将发生变化。阿伏伽德罗定律10例2.对于确定的一种理想气体，cp–cv是否等于定值？cp/cv是否为定值？cp–cv、cp/cv是否随温度变化？cp–cv=Rg，等于定值，不随温度变化。cp/cv不是定值，将随温度发生变化。知识点：梅耶公式以及比热容比，以单原子、双原子、多原子气体为例认知11例3.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条件下才可以把实际气体作理想气体处理？差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当p→0时，实际气体成为理想气体。实际情况是当实际气体距离其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响很小，可以把实际气体当作理想气体处理。12例4.压缩因子Z的物理意义怎么理解？能否将Z当作常数处理？答：由于分子体积和分子间作用力的影响，实际气体的体积与同样状态下的理想气体相比，发生了变化。变化的比例就是压缩因子。Z不能当作常数处理。13(1)某双原子气体的气体常数Rr=260J/(kg·k)，那么其定值定体质量比热容cv=_____J/(kg·k)。650例5填空题〔2〕同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，假设二个容器内气体的压力相等，那么二种气体质量的大小为。小于〔3〕双原子理想气体的定值比热容为。〔4〕理想气体的热力学能是温度的函数单值〔5〕气体常数Rg与气体种类关，与状态关。通用气体常数R与气体种类关，与状态关。在SI制中R的数值是，单位是。有无

无

无

8.314〔6〕混合气体由氮气和二氧化碳组成，氮气的质量成分为0.72，那么混合气体的平均气体常数Rg=，平均摩尔质量M=。14例6选择题〔1〕气体常量Rr()A.与气体种类有关,与状态无关B.与状态有关,与气体种类无关C.与气体种类和状态均有关D.与气体种类和状态均无关A〔2〕由理想气体混合物分压力和分容积定义可以得到〔〕A、；B、；C、；D、D〔3〕比照态状态方程的形式是〔〕：A、；B、；C、；D、D15例7.煤气表上读得煤气消耗量是68.37m3，使用期间煤气表的平均表压力是44mmH2O，平均温度为17℃，大气平均压力为751.4mmHg，求：1〕消耗多少标准m3的煤气；2〕其他条件不变，煤气压力降低到30mmH2O，同样读数相当于多少标准m3煤气；3〕其它同1〕但平均温度为30℃，又如何？1〕由于压力较低，故煤气可作理想气体解：162〕3〕强调：气体p,T改变,容积改变,故以V作物量单位,必与条件相连。

任何气体，只要压力很低，都可以作为理想气体。有时尽管并不知道气体常数，但气体常数只与气体种类有关而与气体的状态无关，所以常常可以利用在标准状态和使用状态的状态方程式消去未知的气体常数。17第三章热力学第一定律18例1.热力学能就是热量吗？不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。19例2热力学第一定律的实质是什么？写出数学表达式。热力学第一定律的实质就是能量守恒与转换定律在热力学上的应用。它的文字表达形式有多种：例如：1、在孤立系统中，能的形式可以转换，但能的总量不变；2、第一类永动机是不可能制成的。数学表达式：进入系统的能量-离开系统的能量=系统储存能量的增量20热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆。〔〕√热量不可能从低温热源传向高温热源；〔〕

×稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。〔〕×稳定流动系统进出口工质的状态相同。〔〕×任何气体经过绝热节流后，温度必然降低。〔〕×绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳－汤姆逊系数。它是一个状态的单值函数。实际气体节流后温度可能升高、降低或不变。〔〕√例4判断题21例5.用稳流能量方程分析锅炉、汽轮机、压气机、冷凝器的能量转换特点，得出对其适用的简化方程。解：锅炉：汽轮机：压气机：冷凝器：在汽轮机中所作的轴功等于工质的焓降压气机绝热压缩消耗的轴功等于压缩气体焓的增加22〔1〕流开工质进入开口系带入的能量有，推动功为。工质流出开口系时带出的能量为，推动功为。〔2〕焓的定义式为，单位是。〔3〕技术功，可逆过程技术功。技术功与膨胀功的关系为。例6.填空题〔4〕假设气缸中的气体进行膨胀，由V1膨胀到V2，活塞外面是大气，大气压力为P0，工质膨胀对外所作的功中有用功为。23〔1〕一绝热刚体容器用隔板分成两局部，左边盛有高压理想气体，右边为真空，抽去隔板后，容器内的气体温度将〔〕A升高B降低C不变例6选择题A〔2〕贮有空气的绝热刚性密闭容器中，安装有电加热丝，通电后，如取空气为系统，那么过程中的能量关系有〔〕AQ>0 ,ΔU>0,W>0 BQ=0,ΔU>0,W<0CQ>0 ,ΔU>0,W=0 DQ=0,ΔU=0,W=0C〔3〕闭口系能量方程为()A.Q+△U+W=0B.Q+△U－W=0C.Q－△U+W=0D.Q－△U－W=0D〔4〕理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的焓值〔〕A.升高；B.降低；C.不变；D.无法确定C24第四章理想气体的热力过程及气体压缩25〔1〕对于理想气体，，它们的适用条件分别是。理想气体的任何过程实际上，也适用于实际气体的定容过程；也适用于实际气体的定压过程。〔2〕可逆过程中膨胀功计算式为，技术功的计算式为，热量的计算式为。〔3〕绝热过程的技术功等于膨胀功的倍。膨胀功技术功〔4〕过程方程为，对于某一指定的过程，多变指数n=0时，表示，n=1时，表示，n=时，表示，n=时，表示。定压过程定温过程定熵过程定容过程例1填空题26〔1〕一理想气体可逆过程中,wt=w,此过程的特性为()A.定压B.定温C.定体D.绝热B〔2〕把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压，经()过程气体终温最高。A.绝热压缩B.定温压缩C.多变压缩 D.多级压缩A〔3〕活塞式压气机的余隙容积增大使()A.wc增大,ηv减小B.wc不变,ηv减小C.wc不变,ηv不变D.wc减小,ηv减小B例2选择题为增加比，为余隙容积百分比。27例3判断题〔1〕可逆绝热过程即等熵过程；反之，等熵过程必为可逆绝热过程。〔〕√〔2〕系统经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统工质与外界没有热量交换。〔〕×〔3〕在理想气体定温压缩过程中，压气机消耗的轴功全部转化成热能向外界放出。〔〕√〔4〕绝热压缩过程中消耗的轴功一局部用于增加气体的焓，一局部转化为热量向外放出。〔〕×此式子为绝热压缩过程的轴功公式，它由能量方程直接导出，不仅适用于定熵过程，也适用于不可逆绝热过程。28气体主要热力过程的根本公式〔课本72页〕除定容过程外，各种过程的技术功是膨胀功的几倍，即，因此只要记住膨胀功的计算公式，技术功的计算公式可直接导出。无论什么过程，理想气体的热力学能、焓和熵计算公式29第五章热力学第二定律30例1.热力学第二定律的实质是什么，数学表达式是什么？答：热力学第二定律的实质是自发过程是不可逆的；要使非自发过程得以实现，必须伴随一个适当的自发过程作为补充条件。数学表达式可用克劳修斯不等式表示：例2.理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变为功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文表达有矛盾？答：理想气体进行定温膨胀时，压力不断降低，体积越来越大。当压力低到外界压力时，就不能再继续降低了，过程也就停止了。热力学第二定律的开尔文表达的内容是：不可能制造出从单一热源吸热，使之全部转化为功而不留下其他任何变化的热力发动机〔第二类永动机是不可能制造成功的。〕一方面压力降低，体积增大就是变化；另一方面，热力发动机要求连续工作，而定温过程做不到。所以，这个过程与热力学第二定律无矛盾。31〔1〕循环净功Wnet愈大那么循环热效率愈高；〔〕〔2〕不可逆循环热效率一定小于可逆循环热效率；〔〕〔3〕可逆循环热效率都相等；〔〕〔4〕熵增大的过程必定为吸热过程；〔〕〔5〕熵减小的过程必为放热过程；〔〕〔6〕定熵过程必为可逆绝热过程；〔〕〔7〕熵增大的过程必为不可逆过程；〔〕〔8〕使系统熵增大的过程必为不可逆过程；〔〕〔9〕熵产Sg>0的过程必为不可逆过程。〔〕〔10〕不可逆过程的熵变无法计算；〔〕〔11〕工质经过不可逆循环：〔〕例3判断题××××××××√××32例4.填空题大气温度为300K，从温度为1000K的热源放出热量100KJ，此热量的有效能为

。70KJ度量能量品质的标准是

，据此，机械能的品质

热能的品质；热量的品质

功的品质；高温热量的品质

低温热量的品质。火用高于高于低于卡诺循环的热效率为

，卡诺制冷循环的制冷系数为

。任意可逆循环的热效率可用平均温度表示，其通式为

。33BBA例5.选择题341.一个热力系统中熵的变化可分为哪两局部？指出它们的正负号。例6.熵答：对于一个开放系统，熵的变化可分为两局部，一局部是熵流，由系统与外界交换热量而引起的熵变，吸热为正，放热为负；另一局部那么是熵产，表示由于过程中的不可逆因素引起的熵增加，可逆时为零，不可逆时为正，不能为负值。2.闭口系进行一放热过程，其熵是否一定减少？答：不一定，可逆绝热过程是定熵过程。3.熵增加的过程〔填一定或不一定〕是不可逆过程。不一定4.某系统经过一个任意不可逆过程到达另一状态，表达式〔〕正确。A.ds＞dq/T；B.ds＜dq/T；C.ds=dq/T。A35第七章水蒸气36〔1〕水蒸气的一点、两线、三区具体指的是：一点〔〕、两线〔〕〔〕、三区〔〕〔〕〔〕。临界点例1.填空题饱和水线饱和气线过冷水区过热蒸汽区湿蒸汽区〔2〕水的定压发生过程是由水的过程,饱和水的和蒸汽的过程所组成。预热气化过热〔4〕水在定压加热过程中吸收热量成为过热蒸汽必需要经历五种状态的变化，即未饱和水、饱和水、、及过热蒸汽。湿饱和蒸汽干饱和蒸汽〔3〕干度为与的比值。湿蒸汽中含干蒸汽的质量湿蒸汽的总质量〔5〕汽化潜热是指1kg转变成所需的热量。饱和液体同温度的干饱和蒸汽37水蒸气在定温过程前后温度不变，那么其热力学能也不变。〔〕例2.判断题×对于过热水蒸气，干度x>1。〔〕

×当蒸汽的温度高于饱和温度时，称该蒸汽为过热蒸汽。〔〕×水的相图说明，冰点和沸点均随压力的升高而升高。()×有0℃以下的水蒸汽。〔〕√由饱和水定压加热为干饱和蒸汽的过程，温度不变。〔〕√水蒸气在定温过程中。〔〕×38第八章湿空气39〔3〕湿空气的含湿量为d，那么干空气的质量分数为，水蒸气的质量分数为。〔5〕冬季用暖气〔加热室内空气〕取暖，假设不采取其它措施，那么室内空气温度而相对湿度。〔填增大、不变或减小〕增大减小例1.填空题〔1〕未饱和湿空气是和的混合气体。水蒸气干空气〔2〕湿空气的总压等于和之和。干空气压力水蒸气分压力〔4〕只能说明湿空气中实际所含的水蒸气质量的多少，而不能说明湿空气枯燥或潮湿的程度和吸湿能力的大小。〔5〕湿空气的与同温度下饱和空气的的比值称为相对湿度。绝对湿度绝对湿度饱和绝对湿度40例2.判断题〔1〕湿空气的含湿量表示1kg湿空气中水蒸气的含量。〔〕

×〔2〕湿空气的相对湿度越高，吸收水分的能力越强。〔〕×〔3〕两种湿空气的相对湿度相等，那么吸收水蒸汽的能力也相等。〔〕×〔4〕湿空气的相对湿度越大，空气中水蒸气的含量就越大。〔〕×〔5〕未饱和湿空气的干球温度总大于湿球温度。〔〕√41第九章气体和蒸汽的流动42例1.填空题〔1〕空气在稳定工况下流经喷管，空气的转变为，空气的压力，流速，温度。焓动能降低增大降低〔2〕空气流经阀门，其焓变化；压力变化；熵变化；温度变化。〔填大于零，小于零或等于零〕等于零小于零大于零等于零〔3〕插入高速流开工质中的温度计，测出的温度值一般工质的实际温度。大于测得的温度为滞止温度〔4〕焦汤系数为，当焦汤系数大于0时，节流后温度。降低(5)流体流经管道某处的流速与

的比值称为该处流体的马赫数。当地音速〔6〕如果要将M<1的亚音速气流增大到M>1的超音速气流，喷管的截面积变化规律应该是。先逐渐缩小再逐渐扩大43例2.判断题〔1〕当气流的M<1时，要使流速增加，那么需使用渐扩喷管。〔〕×〔2〕工程上要求气体从M<1加速到M>1，那么应采用拉伐尔喷管。〔〕√〔3〕绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳－汤姆逊系数。它是一个状态的单值函数。实际气体节流后温度可能升高、降低或不变。〔〕√〔4〕节流过程是一个不可逆过程；〔〕√〔5〕任何气体经过绝热节流后，温度必然降低。〔〕×〔6〕一元稳定流动的根本方程式和，只适用于理想气体。〔〕×〔7〕将稳定流动能量方程用于研究气体流经喷管、扩压管或阀门时，假设条件为〔〕×44〔1〕理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的焓值〔〕A.升高；B.降低；C.不变；D.无法确定例3.选择题C〔2〕绝热节流过程中节流前、后稳定截面处的流体()A.焓值增加 B.焓值减少C.熵增加 D.熵减少C〔3〕空气在渐缩喷管内可逆绝热稳定流动，其滞止压力为0.8MPa，喷管后的压力为0.2MPa，假设喷管因出口磨损截去一段，那么喷管出口空气的参数变化为()A.流速不变，流量不变 B.流速降低，流量减小C.流速不变，流量增大 D.流速降低，流量不变C45例4.如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？答：

在日常生活中，水可视为不可压缩流体，其比体积不会发生变化，因而由上式有Acf=常数，即截面积变化与速度变化成反比。例5.在高空飞行可到达高超音速的飞机在海平面上是否能到达相同的高马赫数？答：不能。高空气温低，由理想气体音速可知当地声速比较低，一定的飞行速度可以取得较高的马赫数，而海平面温度比高空高几十K，相应声速较大，同样的飞行速度所获得的马赫数要小一些。此外，高空空气比海平面稀薄得多，飞行阻力也小得多，所以飞行速度上也会有差异。46例6.喷管的计算〔1〕喷管选型：当喷管外界背压喷管进口状态所对应的临界压力时，应选用减缩喷管；反之，当喷管外界背压喷管进口状态所对应的临界压力是，应中选用渐缩渐扩喷管，以保证流体压力在喷管内充分膨胀到外界背压。大于等于小于〔2〕当出口外界背压小于临界压力时，喷管出口截面上的压力临界压力，喷管出口的流速临界流速。等于等于〔3〕在设计工况下，气体在渐缩渐扩喷管中应能充分膨胀到与外界背压相等的工况，此时，喷管喉部的流速临界流速，出口截面处的流速临界流速。等于等于47例7.空气在渐缩喷管进口截面上的压力P1=1.5×106Pa，比体积V1=0.065m3/kg，VC1≈0；喷管出口截面上的压力P2=0.8×106Pa出口截面积A2=14cm2；设空气的Rr=287J/(kg·k)，比热容比K=1.4。试求：(1)喷管出口截面上的比体积V2，温度T2(2)空气流经出口截面时的速度VC248第十章动力循环49例1.填空题〔1〕朗肯循环的定压吸热是在中进行的，绝热膨胀是在中进行的；在冷凝器中发生的是过程，在水泵中进行的是。锅炉汽轮机定压绝热压缩〔2〕提高朗肯循环效率的根本途径是和。提高等效卡诺循环的平均吸热温度降低冷凝放热温度〔3〕燃气动力循环按热机的工作原理分为和。内燃机循环燃气轮机循环〔4〕是汽油机实际工作循环的理